慢性阻塞性肺疾病氧化應激機制及中醫藥治療進展

陳鍇 張藍熙 田燕歌，3 金凡力 李建生

(1河南中醫藥大學呼吸疾病中醫藥防治省部共建協同創新中心，河南 鄭州 450046；2河南省中醫藥防治呼吸病重點實驗室；3河南中醫藥科學院)

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一種以持續性呼吸道癥狀和氣流受限為特征的可預防和治療的疾病〔1〕。COPD的高發病率、高致殘率和高死亡率，使其成為一個亟待解決的公共衛生問題。全球范圍內約有3.28億人罹患COPD〔2〕，其中有1億在我國〔3〕。截至2017年，COPD每年造成約319.78萬人死亡，已成為全球死亡原因的第三位〔4〕。氧化應激在COPD發生發展中起關鍵作用。近年來，中醫藥治療COPD穩定期取得了較大進展，在減輕氧化應激方面也頗具成效。本文基于近幾年相關文獻，對氧化應激在COPD中作用機制及中醫藥治療進展做一綜述，為進一步機制研究及臨床應用提供理論依據。

1 COPD氧化應激機制研究進展

1.1內外源性氧化劑積累是COPD氧化應激的主要原因 香煙煙霧和空氣顆粒物是外源性活性氧(ROS)的主要來源〔5〕，而炎癥反應和缺氧是內源性ROS產生的重要因素。香煙煙霧由高濃度的自由基物質和其他氧化物組成，在進入氣道后會溶解在氣道上皮內襯液中，這些ROS在肺部聚積，長期刺激肺部，使炎癥持續存在，促進COPD發展〔6〕。PM2.5是大氣主要顆粒物之一，攜帶強氧化性的臭氧(O3)分子和多種重金屬離子。重金屬離子擾亂細胞內氧化還原反應，使肺泡上皮細胞與微血管內皮細胞內ROS產生增多〔7，8〕。香煙煙霧和大氣顆粒物損傷了COPD患者氣道自凈能力，病原體不能被及時清除，反復誘發炎癥反應，活化吞噬細胞內NADPH氧化酶、一氧化氮(NO)合酶和髓過氧化物酶，產生包括超氧陰離子(O2-)、羥自由基(·OH)和過氧化氫(H2O2)、NO、次氯酸(HOCl)和脂質過氧化物等在內的一系列內源性ROS〔9〕，造成肺組織內源性氧化劑的積累。隨著病程發展，患者呼吸功能障礙，細胞出現缺氧并造成線粒體損傷〔10〕，使位于線粒體內膜上的呼吸鏈電子傳遞受阻。未得到足夠電子的氧分子(O2)持續轉化為O2-，導致細胞內ROS激增〔11〕。無論內源性或外源性ROS的增多，都會破壞氧化/抗氧化平衡，導致COPD患者的肺部或全身氧化應激反應。

1.2氧化應激促進COPD發生發展 在COPD氧化應激過程中，ROS能造成氣道上皮細胞損傷，誘導氣道平滑肌細胞增生，促進氣道壁增厚，增加肺功能下降速率〔12〕。此外，氧化應激還可通過產生蛋白質和脂質氧化物激活多條炎癥通路，促進大量炎癥細胞因子釋放并進一步加重炎癥反應。炎癥活化的中性粒細胞和巨噬細胞分泌蛋白酶增多，導致蛋白酶/抗蛋白酶失衡并破壞肺泡結構，促進肺氣腫的發生。因此，氧化應激不僅能直接損傷肺組織，還可通過參與炎癥反應、蛋白酶/抗蛋白酶失衡，促進COPD發生發展〔13〕。

1.2.1氧化應激直接損傷肺組織 香煙煙霧是誘發氣道內氧化應激的主要因素。香煙中的氧化劑不僅直接損傷肺內基質蛋白，還能降低彈性蛋白的合成和修復能力，導致肺泡支架結構破壞，出現肺氣腫〔14〕。氧化劑還可作用于氣道上皮細胞，通過滲透至呼吸道黏膜液的保護層與抗氧化劑發生毒性反應，損傷氣道上皮細胞，最終激活炎癥——免疫途徑介導上皮細胞損傷〔15〕。

1.2.2氧化應激參與炎癥反應 氧化應激通過激活Toll樣受體(TLR)和抑制沉默信息調節因子2相關酶(SIRT)1兩種方式活化核因子(NF)-κB炎癥通路〔16〕，引起腫瘤壞死因子α、白細胞介素-1、6、8等細胞因子的釋放〔17〕，促進聚集于肺微循環的中性粒細胞滲透毛細血管膜，轉移到肺間質和肺泡〔18〕，加重炎癥反應，促進COPD的發生發展〔19〕。聚集在肺內的中性粒細胞和巨噬細胞受到炎癥介質的激活，大量釋放ROS，進一步加重肺內的氧化/抗氧化失衡〔20〕，限制自由基清除劑和抗蛋白酶的生成，最終可導致肺泡壁斷裂融合，形成肺氣腫。

1.2.3氧化應激促進蛋白酶/抗蛋白酶失衡 蛋白酶/抗蛋白酶失衡是蛋白酶分泌過多或抗蛋白酶不足引起的蛋白酶功能亢進，肺泡壁基質蛋白被水解引起肺泡結構坍塌，促進肺氣腫形成。蛋白酶水解功能受α1-抗胰蛋白酶的制約，保護正常組織不受蛋白酶損傷〔21〕。氧化應激能夠降低α1-抗胰蛋白酶活性，促進蛋白酶/抗蛋白酶失衡發生〔22〕。研究發現，α1-抗胰蛋白酶極易被香煙煙霧中的ROS氧化，從而喪失活性。吸煙人群中，COPD患者血清α1-抗胰蛋白酶水平較非COPD患者下降并伴有中性粒細胞彈性蛋白酶水平升高，形成蛋白酶/抗蛋白酶失衡〔23〕。另一方面，α1-抗胰蛋白酶失活導致誘導型一氧化氮合酶的活性失去抑制〔24〕，使NO和過氧亞硝酸根(ONOO-)等氧化劑增多，加重氧化應激。

1.3抗氧化因子在COPD氧化應激中的保護作用 核因子紅系2相關因子(Nrf)2通路是COPD氧化應激的主要防御機制〔25，26〕，氧化應激發生時，Nrf2脫離被氧化失活的Kelch樣環氧氯丙烷相關蛋白(Keap)-1并易位至細胞核內，同抗氧化反應元件(ARE)結合，促進超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)等一系列抗氧化酶的表達〔27〕。SOD能夠將超氧陰離子轉化為H2O2，H2O2又可經CAT或GPx完全清除，達到抗氧化的目的〔28～30〕。

叉頭框轉錄因子(FOX)O3a是另一種與COPD相關的抗氧化因子，氧化應激通過絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路或SIRT1激活FOXO3a，促使其增強SOD、CAT、過氧化物酶(Prx)等抗氧化酶表達，保護肺組織免受氧化應激損傷〔31～34〕。

過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)γ通過識別氧化磷脂和硝基烯烴等脂質氧化產物以感受氧化應激。PPARγ激活后進入細胞核，與維甲酸X受體形成異源二聚體，結合在過氧化物酶體增殖物特異反應元件(PPRE)上，促進SOD、CAT、GPx、解耦聯蛋白(UCP)和血紅素加氧酶(HO)-1等蛋白的轉錄，延緩COPD患者肺氣腫進展〔35～38〕。

2 中醫藥治療COPD的研究進展

中醫藥治療COPD取得較大進展，包括中藥和中醫康復。與單純的西醫相比，中醫藥在減少急性加重次數，調理患者體質等方面更具優勢。近年來，中醫藥在抗氧化治療COPD方面的研究取得了一定進展。

2.1中藥的抗氧化作用 《傷寒論》經典方劑小青龍湯被用于治療COPD急性加重期，能夠糾正氧化/抗氧化失衡，具有潛在抗氧化活性〔39〕。Li等〔40〕發現理肺湯通過抑制MAPK/AP-1信號通路調節γ-GCS的表達水平，減輕肺組織氧化應激。胡濤等〔41〕觀察到加味四君子湯可控制ROS引起的線粒體損傷，具有改善能量代謝和抗氧化應激的作用。曹鴻舜〔42〕發現化瘀理肺湯可減輕COPD患者氧化/抗氧化失衡和炎癥反應，提高血清GPx、SOD，降低丙二醛(MDA)。李秀娟等〔43〕發現全真一氣湯可通過調控Nrf2-Akt-P38/ERK1/2通路改善COPD氧化/抗氧化失衡，對肺組織有較好保護作用。方庭正等〔44〕發現益肺活血湯降低細胞內缺氧誘導因子(HIF)-1α表達和ROS水平，減輕肺泡及氣道病理改變。課題組前期研究發現，調補肺腎三方(補肺益腎方、補肺健脾方、益氣滋腎方)可增加大鼠肺組織p-PPARγ蛋白和SOD3基因表達，不同程度地改善大鼠氧化應激狀態，且具有較好的遠后效應〔45〕。

2.2中醫康復抗氧化作用 針刺、灸法、穴位敷貼等中醫康復療法具有副作用少，安全有效，操作方便等優勢，近年來廣泛用于COPD患者治療〔46〕。針刺和灸法能夠改善COPD患者肺功能，緩解癥狀體征，提高生活質量，不僅療效確切，還能減輕線粒體損傷，提高抗氧化酶含量及活性、降低脂質過氧化物含量、抑制自由基生成，是治療COPD氧化應激的新手段〔47～49〕。李志同等〔50〕觀察到電針刺激不同穴位引起大鼠不同臟器中谷胱甘肽(GSH)水平改變，提示針刺或可調節臟腑氧化應激水平。姚青平等〔51〕研究發現針藥并用治療能改善COPD緩解期患者肺功能，改善血清SOD、丙二醛(MDA)等氧化應激指標，有良好的抗氧化作用。課題組前期研究顯示，舒肺貼、補肺益腎顆粒及其聯合通過激活PPARγ通路提高COPD大鼠血清、肺泡灌洗液及肺組織中SOD活性，并降低MDA水平，表現出較好的抗氧化應激作用，與單獨使用舒肺貼相比，舒肺貼聯合補肺益腎顆粒療效更加顯著〔52〕。太極拳和八段錦等中醫傳統功法是治療COPD穩定期的有效療法，不僅可改善患者癥狀，提高其生活質量〔53〕，還能改善患者抗氧化應激能力。研究表明，太極拳能夠減少血清脂質過氧化物的生成，增強抗氧化酶活性〔54〕。八段錦可下調機體血清MDA水平，提升總抗氧化能力〔55〕。

綜上，氧化應激在COPD的發生發展中發揮著關鍵作用，它不僅能直接損傷肺組織，還參與全身或肺組織炎癥反應、促進蛋白酶/抗蛋白酶失衡，機制復雜。中醫藥治療逐漸受到關注且取得了一定進展，但目前仍缺乏對于中醫藥抗氧化治療COPD的作用機制的深入研究?；诖?，擬定進一步研究方向：①加強臨床中醫藥及康復療法的療效觀察，進一步證實其抗氧化療效；②基于前期建立的COPD動物模型及細胞模型，多層次地深入探討中醫藥及康復技術的抗氧化機制，為臨床應用提供依據。